【摘 要】：季節凍土有其溫度變化的特殊性，季節凍土邊坡穩定性是建筑護坡施工中潛在隱患，氣溫變化的情況下會使沉降量增加，從而對工程邊坡穩定性產生嚴重影響。

　　【關鍵詞】：凍土,邊坡穩定,凍融循環,抗剪強度

　　前言

　　全球多年凍土分布的總面積約占陸地面積的25%，包括季節凍土在內凍土面積可達到50%。中國的凍土分布主要在東北、松遼平原及青藏高原和西部高山區，占國土面積的22.4%。可見，寒區的工程建設和資源的開發利用在我國國民經濟中占有相當重要的位置。

　　邊坡作為巖土工程中常見的構筑物形式，在嚴寒地區的工程建設中也有其特有的工程背景和不可替代的工程意義。正確的分析和處理各類邊坡問題，保證邊坡穩定性和工程設計的可靠性，是寒冷地區基礎工程面臨的一個很重要課題。

　　我們在研究凍土參數的空間變異時，先要研究的是凍土參數的空間影響因素，一般情況下，凍土物理力學參數試驗是相當離散的結果。主要原因，一是由于凍土體本身的不均勻性，第二，也和技術及試驗手段都有一定關系。因此，怎樣恰當的控制凍土參數的影響因素對邊坡可靠度計算是非常重要的，在實際的工程中，影響凍土參數變化主要因素有很多種。主要有：溫度場、水分場、應立場、鹽分場及動力特性等。

　　寒區邊坡穩定性主要影響因素：可分為內部因素和外部因素，內部因素包括：組成巖土體的類型及其性質、邊坡形態、地下水等;外部因素包括：坡體植被、氣候條件(降雨、氣溫變化)、人類工程活動等。

　　凍融循環對寒區邊坡的影響：凍融的反復作用，將影響寒區邊坡的穩定性，表層崩塌的破壞模式是巖石邊坡長期凍融作用的主要表現形式。巖石邊坡破壞主要是因為地形、地址等內在因素和降雨、熱變形以及凍融作用等外在因素相互作用的結果。

　　凍融循環對巖質邊坡的影響：在嚴寒的冬天巖石崩塌事故是比較少的，原因是在低溫下巖石強度比常溫情況要高。同時低溫情況下地下水及地表水的活動都受到限制。進入融化期，積雪和凍結巖石發生融化，巖石崩塌容易發生。這些地區巖石邊坡主要表現為表層破壞，對于高含水量，含大量軟弱結構面的巖體，這種作用表現很明顯。當然，也有較大規模的滑坡，這主要是由于巖石邊坡表層凍結造成地下水位上升，裂隙面上水壓力增加，從而誘發邊坡破壞。巖石邊坡暴露于空氣中，當氣溫低于零度時，邊坡表層開始凍結，形成凍結面，隨著氣溫的進一步降低及持續時間的延長，凍結面逐漸向內部延伸，由于水分有向凍結面移動的趨勢，邊坡內部水分通過裂隙或空隙向凍結面移動，造成凍結面上含水量的飽和度增加，當飽和度增加到一定程度時，由水轉化成冰產生的膨脹力超過巖石強度，裂縫就產生，造成巖石強度降低。

　　總之，長期反復的凍融作用使得邊坡穩定性降低，產生崩塌，如果結合地形和地下水等條件，也可能誘發大規模的邊坡破壞。

　　凍融循環對土質邊坡的影響：凍土通過改變土的結構性從而使其垂直方向的滲透性增大。對于密實土，凍結土融化后，相變界面附近的含水量增大。經過凍融循環，土的變形模量都會有大幅度的降低，細粒越多降低幅度越大。

　　邊坡在融化的過程中，土體的含水量增大，強度降低，在夏季，降雨量的集中同樣增大了坡體含水量;多年的凍融循環，對邊坡，尤其是新形成的人工邊坡，上部土體由于水分遷移而含水量增大。而土體在凍融的過程中滲透性增大，將使得更多的水分滲入邊坡，上部土體達到飽和甚至過飽和狀態。多種因素的綜合利用，降低了寒區土質邊坡的穩定性。

　　季節凍土熱融滑塌的機理分析

　　當活動層的凍土融化后,堅硬的巖土塊體和液狀泥漿組成了液固混合物,這種物質抗剪強度很低或無抗剪強度,容易產生大致平行于坡面的滑動面;由于熱融滑塌的物質為融流體,因而在很緩的斜坡上也可能發生滑塌的現象,其滑塌物質的運動軌跡如圖所示。熱融滑塌失穩因素可以歸結為:

　　(1)內在因素。厚層地下冰的存在,且埋藏深度較淺,易受地表氣溫的變化的影響;

　　(2)誘發因素。不良人為干擾引起的厚層冰的暴露,且使坡體形成臨空面而使其失去支承力。

　　影響因素：凍融交界面的影響，夏秋季強降雨的影響。

　　凍融交界面的影響：

　　從地基土的抗剪強度來看,暖季凍融交界面(天然上限附近)的抗剪強度較小。同時,從監測的水平位移量變化特征來看,水平位移主要發生在人為上限以上的土體,而人為上限以下土體的位移量很小,確定凍融交界面為潛在滑移面。這個界面是隨季節變化的面,在暖季(9~10月),界面埋深最大,嚴冬時,界面可到地表。多年凍土區的地質模型,不是一般意義上的巖性分層或力學分層,而是以融化層和凍結層交界面,作為分層依據,將土體分為“一元”或“二元”結構。依據凍融界面位置和活動層的地溫特征將凍土路基劃分為4個不同時期:冬季嚴寒期(1~2月)、春夏融化活動期(3~8月)、夏秋最大融深期(9~10月)及回凍活動期(11~12月)。凍融交界面的水分在一年四季中是變化的,每年4月初地表開始融化,凍結層上水開始形成,此時,凍結層上水向下垂直滲透,直至當前時刻的凍融鋒面,而下覆的凍土為隔水層,水分將在交界面上富集;每年的9月下旬(路基體的時間為每年的10月中下旬)達到最大融化深度,即為多年凍土天然上限(路基為人為上限),凍結層上水的運行方向開始由垂直運移變化沿凍融交界面的形態滲流;每年的11月上旬,多年凍土的活動層開始雙向凍結,下層凍融鋒面(人限附近)由于融土和凍土存在電位差,因而水分都向凍結鋒面聚集。多年凍土由于自由水的參與,改變了土質骨架的組構,同時,水分在凍融交界面起著潤滑作用,從而大大降低了該位置土體的強度。

　　夏秋季強降雨的影響

　　降雨使土體含水量增高,從而降低了凍土的強度。同時由于降雨,使得凍土路基中的水壓力進行重分布,改變了路基土和地基土的抗剪強度。同時,凍土中雨水的滲入,也影響著凍土路基的熱平衡,相當于把地表熱量帶入到邊坡內部。安全系數與大氣降水的關系,在負溫季節,凍結的活動層和多年凍土層相銜接,斜坡穩定性系數具有很高的數值。在正溫季節,土層由上往下融化,并且隨著解凍厚度的增加穩定性系數逐漸降低。在夏末達到最低值。在不同的年度,這一最低值的大小取決于夏季的氣溫及持續時間。在這一地區,溫度是斜坡穩定性的決定因素,同時,其穩定性系數也與土層中水分遷移變化有關。葉米里揚諾娃考慮彼喬拉河河口的安全系數與降雨的關系見圖：

　　結語：季節凍土邊坡穩定性是建筑護坡施工中潛在的不安全隱患，需要對其進行分析和評價，從而判斷需要進行何種工程措施。由于季節凍土的特殊性，季節凍土的邊坡穩定性評估有別于其他普通邊坡。設計與施工工作人員應根據實際情況建立凍土邊坡極限平衡穩定性評價分析。

　　參考文獻：

　　1、建筑地基基礎設計規范GB50007-2011

　　2、姚耀武、陳東偉，土坡穩定可靠度分析，巖土工程學報 VOL.16.1994

　　3、周幼吾，郭東信等，中國凍土，北京：科學出版社，2000

　　本文選自《科學技術與工程》。  《科學技術與工程》是中國科協主管，中國技術經濟學會主辦的學術性期刊。2001年創刊，半月刊，期刊號：CN11-4688/T，ISSN1671-1815。
　　
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